王艳忠
北京师范大学朝阳附属学校 100192
摘要：本文立足于初中生物教学改革，以光合作用实验教学为例，运用光合作用原理和探究实验的一般过程，探讨如何提高植物（农作物）的光合作用强度。在探究实验的关键要素——自变量和因变量的设计中采用传感器实验设备，获得精确的实验结果。探讨如何提高植物（农作物）的光合作用强度，形成有效解决方案的过程中锻炼学生创新思维。本文尝试信息技术与生命科学教学整合的新途径，提升学生科学思维能力，落实学科核心素养。
关键词：核心素养 传感器 信息技术 光合作用强度 光照强度 光质
一 问题背景
《普通高中生物课程标准（2017年版）》提出以核心素养为宗旨、内容聚焦大概念、教学过程重实践、学业评价促发展的基本理念。笔者尝试在“互联网+”信息时代背景下，以初三复习中实验《绿色植物的光合作用》为例，从课本上的基础实验出发，运用光合作用原理、探究实验的一般过程，探讨如何提高植物（农作物）的光合作用强度。
在探究实验的关键要素—自变量和因变量的设计中采用信息技术手段——传感器实验设备，通过对相关资料的梳理聚焦，帮助学生进行系统分析与推理，在形成有效解决方案的过程中锻炼创新思维。学生在课堂中主动参与和探究，提升了实验探究能力，也提升了学生解决与生活相关的现实问题的能力。
二 设置自变量和因变量
1.光照强度
引导学生参见例题1思考如何设置对照实验，设置自变量因变量。
例1 为探究光照强度对光合作用速率的影响，生物小组利用金鱼藻进行实验探究。将长势相似的金鱼藻等量的分成7份放置在装有清水的烧杯中，进行编号；
将烧杯分别置于距离冷光灯（是一种不会发热的低温光源）10cm、15cm、20cm、30cm、50cm、70cm、100cm处，观察并记录每分钟内产生的气泡数。
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实验中金鱼藻产生的气体是
，每分钟产生的气泡数量可以作为衡量
的指标，即因变量。
在例1中学生可以得出自变量光照强度可以通过控制光源距离和改变照明灯瓦数达到。因变量可以用每分钟的产生的气泡个数达到。例题中呈现的是一种简单的定量实验操作。信息技术的引入十分必要，氧气传感器会将定量实验规范完成，且实验数据明显。
2.光质
引导学生参见例题2思考如何设置对照实验，设置自变量因变量？
例2某生物兴趣小组将豌豆的不同器官分别放在封闭的容器中,用不同颜色的光照射。8小时后,利用传感器（可测定光合作用中二氧化碳的消耗量及氧气的产生量） 对容器中氧气产生量进行测定并计算。
实验结果表明白光的氧气产生量为120ml，红橙、蓝紫、绿光的氧气产生量分别为80ml、40ml、15ml。
在例2中学生可以得出自变量光质的控制办法。因变量可以用氧气的产生量得出。氧气传感器的使用变得必须，所以笔者将在下文中探讨运用传感器探讨光合作用强度和光质对光合作用强度的影响。
三 运用传感器设计定量实验
1 光照强度对光合作用的影响
1.1实验过程：
（1）在 3 个 500 m L 的锥形瓶中均加入 400 m L 的蒸馏水，再分别加入 10 g 生长旺盛的珊瑚树叶。
（2） 将每组的光强传感器和氧气浓度传感器与数据采集器、计算机相连
（3） 系统自动识别所介入的传感器，并显示相应的数据。调节台灯的距离和强度，辅助光强传感器检测，控制三组光照强度分别在100 lx、1 000 lx、10 000 lx 左右。
（4） 待光强数据稳定后通过“图线控制”设置合适的坐标轴间距
1.2实验结果
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由表 1 可见，相同时间内，光照强度越大，叶产生的氧气越多，光合作用越强。
2 光质对光合作用的影响
2.1实验过程:
（1）将红色、绿色、蓝色的单层玻璃纸剪成合适大小，分别包裹住500 m L 的锥形瓶，向 3 个锥形瓶中各加入 200 m L 的蒸馏水，再向每瓶中加入水花生幼嫩部分 5 或6 段，鲜重大约 10 g为宜。
（2） 将每组的光强传感器和溶解氧浓度传感器与数据采集器、计算机相连。光强传感器放在锥形瓶旁边，注意传感器的感光区域朝向光源。
（3） 进入电脑系统点击“通用软件”，系统自动识别所介入的传感器，并显示相应的数据。调节台灯的距离和强度，辅助光强传感器检测，控制三组光照强度均在 1 000 lx 左右。
（4） 待光强数据稳定后通过“图线控制”设置坐41标轴间距，并设置计数间隔时间为 2 s，时长500 s，点击“开始实验”，自动记录数据。
2.2实验结果
如表2所示
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由表 2 数据分析可见，相同时间内，在蓝光下瓶中溶解了较多的氧气，光合作用较强，其次是红光，最弱的是绿光。比较 500 s 前后，在绿光下，瓶中的溶解氧含量下降，说明绿光下水花生光合作用较弱，小于呼吸作用。
四 反思与讨论
1 瓶中的水量
经过反复实验，发现使用氧气传感器时，需要在瓶中加入较多的水，使瓶中空气较少。这样氧气量的变化较大，传感器的示数变化才更加明显。
2 传感器
使用传感器前一定要先校正以消除误差，并让传感器稳定 5 min 再开始测量。传感器本身的灵敏度是有差异的，数据分析中教师要引导学生关注本组数据的变化量，而不是实验起点和止点的绝对值。
3 其他因素的探究本次实验测量的为净光合作用强度值，有时间可以结合二氧化碳传感器和温度传感器，继续探究二氧化碳浓度、温度对光合作用强度，甚至对呼吸作用强度的影响，延伸实验的深度和广度。
4在实验的分析中，以学生为主，在大量探究实验和表达与交流中，强化学生的理性思维，明确其思维路径，培养其获取和处理信息、对实验结果进行判断、分析、解释、推理和评价，并有效提升在新情境和复杂情境中科学地运用所学知识解释生物学问题的能力。
5教师在使用传感器数字化实验设备，节省课堂学时，更好地阐述原理，提高课堂效率，但如何充分利用好该系统，为生物学实验教学服务，是生物教师值得探索的内容。
在以上实验探究过程中，学生分析问题、思考、探究、实验，有效的提升学生探究实验能力，分析解决问题能力，落实生物学核心素养中的理性思维和科学探究目标。
参考文献
［1］高海元．溴麝香草酚蓝水溶液配制改进及检测ｃｏ2原理